GPS(RTK)在大比例尺地形图中的应用研究

周 坤

全球定位系统GPS(Global Positioning System)是美国陆海空三军联合研制的卫星导航系统，具有全球性、全天候、连续性、实时性导航定位和定时功能，能为各类用户提供精密的三维坐标、速度和时间，常规的GPS测量方法，比如静态、快速静态、动态测量都需要后处理才能得到CM级的精度，而 RTK(Real-Time Kinematic)即载波相位动态实时差分系统可以在野外实时获得CM级的精度要求，RTK技术代表着GPS相对测地定位应用的主流。

1 大比例尺地形图测量的发展和特点

科技的发展带来了测绘技术性能的显著改善，随着全站仪、RTK测绘性能的日趋完善和便携式计算机的全面普及，测制大比例尺地形图的方法也由原来的光学定位展点白纸制图到后面的全站仪定位输出计算机CAD制图，再到现在的RTK载波相位动态实时差分系统在野外实行全天候、高精度的野外测量，自动化成图一步到位，大大减少了外业操作，更加减轻了劳动强度以及提高了效率。RTK作业范围更广，半径可以达到5 km。大比例尺测图过程基本一致:数据采集→数据处理→数据成图输出。

2 RTK技术简介

实时动态(RTK)定位技术是以载波相位观测值为根据的实时差分GPS(RTDGPS)技术，它是GPS测量技术发展的一个新突破。实时动态定位(RTK)系统由参考站和流动站组成，建立无线数据通讯是实时动态测量的保证，其原理是取点位精度较高的首级控制点作为基准点，安置一台接收机作为参考站，利用流动站在另外的两个以上的已知点上进行坐标转换以及数据匹配，参考站设备作为对所有可见的卫星进行连续观测，并将其感测数据，通过无线电传输设备，实时的发送给用户观测站，在用户观测站上，GPS接收机在接收GPS卫星信号的同时，通过无线电接收设备，接收参考站传输的观测数据，然后根据相对定位的原理，实时计算并显示用户站的三维坐标以及精度。

3 RTK作业流程和模式以及优点

具体工作模式参考站接收机利用电台将其观测值以及坐标信息，发送给流动站接收机。流动站接收机通过接收参考站发送的数据链，同时采集GPS观测数据，并在系统(手簿)内组成差分观测值进行实时处理，并且得到其三维坐标，也可以转换为用户自己的匹配坐标。具体的作业流程是在一个已知点上设置一台GPS接收机，作为其参考站，将一些必备的数据例如坐标、高程、坐标系统转换参数等输入手簿中，一台至多台接收机(流动站)在待测点上设置，也可以将参考站放置在测区的任何地方。实时得到流动站的坐标以及高程还有精度。利用流动站测得的坐标和已知点当地坐标进行转换和匹配，就可以得到本地坐标。参考站为保证对卫星的连续跟踪观测和卫星信号的质量，要求参考站上空应尽可能地开阔，尽量可以跟踪视野内的全部卫星;5°～15°高度角以上不能有成片的障碍物，为减少各种电磁波对GFS卫星信号的干扰，在参考站周围约20 m的范围内不能有强电磁波干扰源，如大功率无线电发射设施、高压输电线。为避免或减少多路径效应的发生，参考站应远离对电磁波信号反射强烈的地形、地物，如高层建筑、成片水域等。RTK优点如下:1)实时动态显示经可靠性检验的厘米级精度的测量成果(高程)。2)彻底摆脱了由于粗差造成的返工，提高了GPS作业效率。作业效率高，每个放样点只需要停留1 s～2 s，若用其进行地形测量，小组每天可以完成0.8 km～1.5 km的地形图测绘，其精度和效率是常规测量所无法比拟的。3)全地形、全天候的测量，对一些建筑以及遮挡物比较多，或者通视条件非常差的测区更得心应手。非常利于地形复杂的测区，效率非常高。

4 RTK用于大比例尺测图的实践

2009年8月我院利用RTK实时载波定位技术完成了在西安—成都高速铁路汉中段2幅1∶500地形图补测的测量任务。作业前进行相应的坐标转换以及匹配，利用大地坐标的参数输入，求得WGS-84与国家新要求的2000坐标系统的转换。求得转换参数后，匹配成功后就可以进行实地测量，流动站经过短暂的初始化后得到精确的三维坐标将其保存在手簿中，测量可以按照流水号记录测量的地物、地貌，也可以将其进行自由编号。遇到高大建筑或者陡峭山壁以及树林遮挡比较严重的地方，可以采取与全站仪相结合的方法进行测量，后处理中，利用CASS成图软件，进行图形的编辑与修正，注记高程点，生成等高线，形成地形图。最后对等高线进行编辑以及对图形进行整体的修正。

5 精度分析与评定

下面的数据是我们实测的数据以及后面自检所需要的必要检核，总体来说平面坐标的精度要高一些，高程稍微差一些，这里也存在一些人为的因素，比如流动站2 m的杆在不同的地面都会有不同的损耗及粗差。采用GPS(RTK)技术获得数据与全站仪所得数据相比较，结果见表1，RTK高程与水准高程比较结果见表2。

表1 平面比较

表2 高程比较

m=±14 mm。从这里我们看的出来单位全中误差是 m=±14 mm，这个数值是满足测图中图根水准要求规范精度的。

6 结语

RTK不仅能够满足1∶500控制测量的点位和精度要求，而且误差分布均匀，不存在误差累计，完全可以满足大比例尺测图的需要。RTK技术应用于地形图测量中，可以更好地提高劳动效率和减轻劳动强度，没有必要像传统的测量方法一样需要布设足够的图根控制点，因不受气候影响，更不受通视条件的影响，可缩短成图的周期。为了增加作业面，一般情况是把参考站架设在比较高的地方。

[1] 陈建兵，王 俊.浅谈GPS RTK在地形测量中的应用[J].山西建筑，2008，34(14):359-360.